یکی از محبوبت ترین و پرکاربردترین قطعاتی که در دستگاه‌های سوئیچ الکترونیکی قدرت استفاده می‌شود، شامل Bipolar Junction Transistor BJT و ماسفت MOSFET هستند که به دلیل محدودیت هایی که دارند برای کاربردهای جریان بسیار بالا، مورد استفاده قرار می‌گیرند. ما در این مبحث به معرفی آی جی بی تی IGBT می‌پردازیم و در مورد نحوه کارکد آن توضیح می‌دهیم ، درواقع این قطعه الکترونیکی صنعتی ترکیبی از BJT و MOSFET می‌باشد.

IGBT ، مخفف کلمه Insulated Gate Bipolar Transistor ، یعنی ترانزیستور دوقطبی گیت ایزوله است. جزیی از خانواده ی نیمه‌هادی ها است با سه ترمینال که مناسب برای سوئیچینگ فست با راندمان بالا که در بسیاری از دستگاه‌‌های الکترونیکی استفاده می‌شود. این دستگاه‌ها بیشتر در تقویت کننده‌ها برای سوئیچینگ/پردازش موج‌های پراکنده پیچیده با مدولاسیون پالس عرضی PWM استفاده می‌شوند. همانطور که در شکل می‌بینید طرف ورودی نشان دهنده ماسفت با ترمینال Gate که ترمینال کنترلی و طرف خروجی نشان دهنده BJT با ترمینال  Collector  و  Emitterکه ترمینال‌های رسانایی شناخته می‌شود.

مدار داخلی آی جی بی تی

مدار داخلی IGBT

شکل زیر نشان می‌دهد که , مدار آی جی بی تی , متشکل از دو ترازنیستور PNP، NPN و یک ماسفت است. آی جی بی تی ولتاژ اشباع کم یک ترازیستور را با امپندانس ورودی بالا و سرعت سوئیچینگ ماسفت، ترکیب می‌کند. نتیجه حاصل از این ترکیب، ویژگی‌های رسانایی و سوئیچینگ خروجی یک ترانزیستور دو قطبی را ارایه می‌دهد و ولتاژ مانند ماسفت کنترل می‌شود.

مدار داخلی IGBT

نحوه کارکرد آی جی بی تی

جهت درک عملکرد IGBT ولتاژ منبع V_G را در نظر بگیرید که سر مثبت آن به ترمینال گیت و سر دیگر آن با Emitter  در اتصال است. ولتاژ دیگر منبع V_CC را در نظر بگیرید، که در امتداد بین Emitter  و Collector قرار دارد، جایی که Collector نسبت به Emitter مثبت نگه داشته می‌شود. به دلیل ولتاژ V_CC اتصال J1 بایاس مستقیم، درحالیکه اتصال J2 بایاس معکوس است. از آنجایی که J2 در بایاس معکوس است، هیچ جریانی در داخل IGBT (از Collector به Emitter) وجود ندارد.

در ابتدا، فرض کنید هیچ ولتاژی به ترمینال گیت اعمال نمی‌شود، در این مرحله آی جی بی تی در حالت غیررسانایی خواهد بود. حال اگر ولتاژ اعمال شده به Gate را به مرور افزایش دهیم، به دلیل اثر خازنی روی لایه‌ SiO2 ، یون‌های منفی روی لایه بالایی و یون‌های مثبت روی لایه پایینی SiO2 جمع می‌شوند. این امر موجب جمع شدن حامل با بارهای منفی در منطقه P می‌شود، ولتاژ گیت بیشتر نسبت به حامل‌ با بارهای منفی بیشتر است. بنابراین یک کانال بین اتصال J2 تشکیل می‌شود که اجازه شار جریان از Collector به Emitter را می‌دهد. همانطور که تصویر نشان می‌دهد هر قدر که ولتاژ اعمال شده به گیت افزایش یابد، شار جریان از کلکتور ب امیتر هم افزایش می‌یاد.

نحوه کارکرد و عملکرد آی جی بی تی

کاربردهای IGBT

• درایو موتورهای AC و DC
• سیستم UPS
• منبع تغذیه حالت سوئیچینگ SMPS
• کنترل موتور کششی و گرمایش القایی
• اینوترها

و در نهایت برای ترکیب گیت ایزوله FET جهت کنترل ورودی و یک ترانزیستور دو قطبی به عنوان یک سوئیچ در یک سیگنال واحد، کاربرد دارد.